ONDAS: LUZ1º Medio

INTRODUCCIÓN

La luz es una onda electromagnética, también llamada energía radiante, capaz de estimular la retina del ojo y producir una sensación visual.

Fluye en cualquier medio con una dirección determinada (propagación rectilínea), y sólo es perceptible cuando interactúa con la materia, que permite su absorción o su reflejo.

Esta interacción o transferencia de energía de un cuerpo a otro se denomina radiación.

Físicamente se puede interpretar la luz de 2 maneras, asociadas entre sí:

• como una onda electromagnética, • como un corpúsculo o partícula.

RAYOS DE LUZ

Las direcciones en que se propaga la luz se pueden indicar como rectas, denominadas rayos de luz

Fenómeno de sombra: Luz proviene de una fuente y se encuentra con un objeto opaco. Los rayos se interponen con el cuerpo opaco y se forma la sombra

Fuente luminosa pequeña y cercana o una fuente mas grande y alejada produce sombras nítidas, pero borrosas. La zona de sombra total se llama umbra y la de sombra parcial se denomina penumbra.

A medida que la fuente se aleja, se van formando penumbras

VELOCIDAD DE LA LUZ

El valor de la velocidad de la luz se representa con la letra “c”. En el vacio es c=300.000 km/s.

Si un objeto tuviera esa velocidad, podría dar casi 7,5 vueltas a la tierra en un segundo.

Este fenómeno explica porque vemos el “relámpago” y posteriormente oímos el “trueno”.

¿CUÁNTO ES UN AÑO LUZ?

Distancia que avanza la luz en un año. ¿Cuál es su valor? Considerando que

velocidad=distancia/tiempo.

1 AÑO LUZ= 9,5*1012

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Se denomina espectro electromagnético al ordenamiento de la energía radiante según la longitud de onda o la frecuencia. Se extiende desde longitudes de onda de 10-16 hasta 105 metros.

Para medir el espectro visible la unidad de medida más usada es el nanómetro (nm), que equivale a 10-9 metros.

El espectro visible es la porción del espectro electromagnético percibida por el ojo humano, y comprende las longitud de onda de 380 nm hasta los 780 nm.

La luz blanca percibida es una mezcla de todas las longitudes de onda visibles. El espectro visible se puede descomponer en sus diferentes longitudes de onda mediante un prisma de cuarzo, que refracta las distintas longitudes de onda selectivamente.

FENÓMENOS ASOCIADOS A LA PROPAGACIÓN DE LA LUZ

Reflexión Refracción Dispersión Absorción Difusión Polarización Difracción Interferencia

REFLEXIÓN

Ocurre cuando las ondas electromagnéticas se topan con una superficie que no absorbe la energía radiante. La onda, llamada rayo incidente se refleja produciendo un haz de luz, denominado rayo reflejado.

Si una superficie límite es lisa y totalmente no absorbente se dice que ocurre reflexión especular.

En la reflexión especular un solo rayo incidente produce un único rayo reflejado.

Si un haz de luz incide en una superficie irregular, cada rayo reflejado tendrá una dirección propia, viéndose esparcimiento o dispersión de la luz en todas direcciones. Esto se llama reflexión difusa.

ESPEJO PLANO La imagen formada en el espejo plano tiene las siguientes características: Es virtual Está a la misma distancia que el objeto del espejo. Experimenta una inversión lateral, o sea la izquierda está a la derecha y

viceversa. Es de igual tamaño que el objeto.

La imagen se encuentra a una distancia d del espejo y que el hombre mide una altura h.

Ahora si observamos el triángulo P'DB es semejante al triángulo formado por la altura h, la distancia del objeto a la imagen y la hipotenusa (OPP'), así la proporción de lo lados no queda:

Por lo tanto, el  espejo debe tener un tamaño mínimo igual a la mitad del la altura de la persona para que se pueda ver de cuerpo completo.

REFRACCIÓN

Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro de diferente densidad se produce un cambio en su dirección y de velocidad de propagación.

La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de en alguna sustancia se conoce como índice de refracción.

LEY DE SNELL

Ɵ1 ≠Ɵ2

senƟ1/senƟ2= constante

senƟ1/senƟ2= v1/v2

n= v1/v2 n=c/v

Si la luz pasa de un medio más rápido a otro más lento, el ángulo de refracción es menor que el de incidencia (por ejemplo del aire al vidrio).

Si pasa de un medio de mayor índice de refracción a otro con menor índice de refracción, el ángulo de refracción es mayor que el de incidencia (por ejemplo del vidrio al aire).

Si pasa de un medio de menor índice de refracción a otro con mayor índice de refracción, el ángulo de refracción es menor que el de incidencia (por ejemplo del aire al vidrio).

Si pasa de un medio de mayor índice de refracción a otro con menor índice de refracción, y el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo límite, no se produce refracción sino lo que se denomina reflexión total.

Generalmente, cuando la luz llega a la superficie de separación entre los dos medios se producen simultáneamente la reflexión y la refracción

LENTES ESFÉRICAS

Lente biconvexa o convergente: La lente es mas ancha en el centro que en los bordes, y los rayos de luz convergen al refractarse.

Lente bicóncava o divergente: La lente es mas delgada en el centro que en los bordes, entonces los rayos de luz divergen al refractarse.

RECEPCIÓN DE IMÁGENES POR EL OJO HUMANO

Visión normal: El cristalino se adapta, aumentando o disminuyendo su convergencia con la distancia entre los objetos y el ojo.

Visión miope: El globo ocular es mas largo que el normal, y la imagen se forma antes de llegar a la retina.

Visión hipermétrope: El globo ocular es mas corto que el normal, y la imagen se forma detrás de la retina.

Presbicia: Hay endurecimiento del cristalino, con lo que se pierde la capacidad de acomodación visual.

Astigmatismo: Defecto de la cornea debido a lo irregular de su curvatura, los cuerpos no se perciben con nitidez, se ven manchas o cuerpos borrosos. Se corrige con lentes cilíndricas.

Estrabismo: Incapacidad de dirigir los ojos hacia un mismo punto debido a la rigidez de la musculatura encargada de controlar el movimiento de los ojos. Se corrige con lentes prismáticos.

DISPERSIÓN

La velocidad de una onda electromagnética es el producto de su frecuencia y su longitud de onda.

En el vacío, la velocidad es la misma para todas las longitudes de onda del espectro visible.

Cuando atraviesa sustancias materiales la velocidad se reduce y varía para cada una de las distintas longitudes de onda del espectro. Esto se denomina dispersión.

La causa es que el índice de refracción de una sustancia varía según la longitud de onda, disminuyendo para las longitudes de onda más largas (rojo) que se desvían menos que las cortas (azul-violeta).

ABSORCIÓN Es la conversión de luz en otra forma de energía, generalmente en energía calórica, en energía

eléctrica (como la generada en las células fotoeléctricas), o en energía química (como la fotosíntesis realizada por las plantas), o puede cambiar a una radiación de diferente longitud de onda (fluorescencia).

Un rayo de luz que atraviesa el vacío no sufre pérdida de energía, aun dispersándose. En su pasaje por medios materiales tienen pérdidas de energía debido a efectos de absorción y difusión.

La pérdida de energía está directamente relacionada con el tipo de material, su transparencia u opacidad: cada material tiene un coeficiente de absorción, que varía para cada longitud de onda, el cual es muy bajo para materiales de alta transparencia.

En algunos materiales, el coeficiente de absorción es considerablemente diferente para las distintas longitudes de onda del espectro visible. Estos materiales cambian la distribución espectral de la luz que los atraviesa y son la base utilizada para los filtros de colores.

Las superficies coloreadas funcionan como películas de absorción selectiva de determinadas longitudes de onda del espectro visible, reflejando otras. El color negro absorbe, todas las longitudes de onda visibles, mientras que el blanco, ninguna.

DIFRACCIÓN

Es producto de un haz de luz al pasar por un hueco, el cual, actuaría como nueva fuente de luz.

En el contacto de la onda luminosa con el borde del hueco se produce el “curvado” de rayos luminosos, proyectándose circunferencias concéntricas y alternadas de luz y sombra.

Los efectos de difracción son generalmente muy pequeños para ser detectados por el ojo, pero son de considerable importancia en instrumentos ópticos, como microscopios y telescopios.

Para acentuar la difracción, es necesario que se cumplan 2 condiciones: - Aumentar su longitud de onda - Disminuir el tamaño del orificio

INTERFERENCIA

Surge cuando una pantalla es iluminada por dos fuentes luminosas separadas, pero que irradian luz en la misma longitud de onda y poseen una relación constante de fases.

La interferencia se ve como un patrón de bandas luminosas (donde se suman) y oscuras (se restan) sobre la pantalla.

Uno de los mejores ejemplos: aceite flotando sobre agua o en la superficie de una burbuja de jabón, que refleja un espectro de colores cuando se la ilumina con luz blanca.

Aplicación práctica son los filtros dicroicos.

NATURALEZA DE LA LUZ ¿ONDULATORIA O CORPUSCULAR?

Issac Newton Luz es de naturaleza corpuscular. Compuesta por pequeñas partículas o corpúsculos. Viajan con gran rapidez en línea recta, y proyectan

sombras. Christian Huygens Luz es de naturaleza ondulatoria. Las sombras se forman por la propagación rectilínea

de la luz. Albert Einstein Luz es un campo electromagnético. Se propaga en el vacio con velocidad infinita. La luz esta compuesta por pequeños paquetes de

energía luminosa, llamados “cuantos de luz” (fotones). Actualmente Luz tiene doble naturaleza, a veces se comporta como

partícula, otras veces como onda, nunca siendo ambas a la vez.

RAYO LÁSER

Tipo especial de radiación electromagnética. Término láser esta formado por las iniciales de las siguientes palabras en ingles: light

amplification by estimulated emission of radiation Consta de un tubo que en su interior que posee una sustancia química cuyos átomos son

estimulados por una fuente de corriente eléctrica que hace que emita fotones. Estos fotones se reflejan sucesivamente en los espejos del tubo y producen ondas con

igual frecuencia Experimenta las mismas propiedades de la luz. Pero se diferencia de la luz por las

siguientes características: - Láser tiene intensidad muy alta (alta concentración de energía en aéreas muy pequeñas) - Luz del láser es monocromática. Tiene solo una frecuencia. El color depende del material

que se use - El haz del laser es coherente. Todos sus montes y valles están alineados Ejemplos de su uso: Lectura de códigos de barras. Soldar y cortar metales. Luces de

discoteca. Etc.

EJERCICIOS

C

E

C

C

C

A

THE END